Transcript Ch1
基礎物理(一)
Ch1 緒論
一、單位換算:
1.奈米(1nm 10
9
2.微米(1 m
6
0
3.1埃(1 A
10
10
10
m)
m)
m)
【重點例題】
一、72 km/hr = 72x 1000m/3600s
= 20 m/s
二、 10
三、
7
2
9
2
m 10 10 m 10 nm
1
6
1
10 10 m 10 m
0 . 45 m W
cm
2 0 . 45
10
3
1cm
W
0 . 45
2
10
10 W
10
4
m
10
10
3
0 . 45
3
2
4 . 5 10
4
6
m
W
2
6 W
m
2
Ch2 物質的組成
一、原子的組成:
(1)電子( 10 e ):湯木生
(2)質子(11 P ):拉塞福
(3)中子(01 n ):查兌克
(4)基本電荷量( e 1 .6 10 19 C ):密立坎
二、基本粒子:夸克與電子
三、目前有六種夸克。
四、質子由二個上夸克與一個下夸克所組成
中子由二個下夸克與一個上夸克所組成
Ch3 物體的運動
3-1 物體的運動
一、名詞定義與公式:
平均或瞬時 速度
平均或瞬時 速率
加速度a
ΔV
Δt
位移
時間間隔
路徑長
時間間隔
V末 V初
時間間隔
直線運動時正負代表方
向
無方向性
有方向性與受力方向相
同
1.初速2m/s向東,末速為3m/s向東,則速度變化為何? 1m/s ,向東
2.初速3m/s向東,末速為2m/s向東,則速度變化為何? 1m/s ,向西
3.初速2m/s向東,末速為3m/s向西,則速度變化為何? 5m/s ,向西
二、各種圖形的判斷(以直線運動為主):
1.等速度直線運動:
A
X
X
X
X1
B
X0
X0
0
0
t
t1
t2
t3
t
0
2.v-t圖:
V
任何v-t圖底下面積皆代表位移大小
t
t
3.等加速度運動:
(軌跡有直線與拋物線)
V
V
V
V0
t1
t2
V0
0
V0
0
t
0
-V
t
t
【重點例題】
1.101年學測:
2.100年學測:
vx(m/s)
4.0
3.0
第六秒的位置?
2.0
1.0
→回到原出發點
t(s)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
-1.0
-2.0
x (m)
2
3.98年學測:
1
-5
-4 -3 -2
0
-1
1
2
3
4
5
-1
-2
從-5到5折返幾次?→4次
t (s)
3-2 力與牛頓運動定律
一、摩擦力:
(一)靜摩擦力:與平行物體運動方向的受力大小相同
(二)最大靜摩擦力:
(1)與正向力(不一定是物體重量)、接觸面性質有關
(2)f s . max s N
(3)物體要運動前必先克服最大靜摩擦力
(三)動摩擦力:
(1)與正向力、接觸面性質有關
(2)與物體運動速度無關
(3)量值小於最大靜摩擦力
(4) f N
k
k
3-2 力與牛頓運動定律
二、靜電力:
F K
Q1 Q 2
r
2
兩電荷間的「靜電力」與「萬有引力」的異同:
(一)兩作用力皆與距離的平方成反比。
(二)靜電力有吸引力與排斥力,而萬有引力只有吸引力。
(三)兩電荷間除了靜電力外,萬有引力也是存在的,只是萬有引力很小,可以忽略不計。
(四)皆屬於「牛頓第三運動定律」所提之「作用力與反作用力」。
兩電荷間的靜電力具有「大小相等」、「方向相反」、「作用在不同物體上」、
「兩力不可抵消」的特性。
【重點例題】
1.101年學測:
C
F
氦原子核
F
質子
四、牛頓第三運動定律(作用力與反作用力):
(1)大小相等(2)方向相反(3)作用在不同物體上
(4)不能抵消(5)同時出現,同時消失
你拉我、我拉你
你推我、我推你
【例】1.蘋果重量的反作用力?蘋果拉地球的作用力
2.繩子拉天花板的反作用力?天花板拉繩子的力
【重點例題】
1.95年學測:
W甲與G甲、W乙與G乙
2.96年學測:
3.97年學測:
甲的質量為50公斤,乙的質量為25公斤,兩人在溜冰場的水平冰面上,開始時都是靜止的。兩人互推後,
甲、乙反向直線運動,甲的速率為0.1公尺/秒,乙的速率為0.2公尺/秒。假設互推的時間為0.01秒,忽略
摩擦力及空氣阻力,則下列敘述哪一項正確? A
(A)甲、乙所受的平均推力均為500牛頓,方向相反
(B)甲、乙所受的平均推力均為250牛頓,方向相反
(C)甲受的平均推力500牛頓,乙受的平均推力250牛頓,方向相反
(D)甲受的平均推力250牛頓,乙受的平均推力500牛頓,方向相反
3-3 克卜勒行星運動定律
第一定律(軌道定律):
太陽系所有行星的軌道均為橢圓,且太陽位在橢圓的一個焦點上。
R=
r近 r遠
2
第二定律(等面積定律):
行星運動中,由太陽至同一行星的連線,在單位時間內掃過相同的面積。
r 近 v 近=r 遠 v 遠
第三定律(週期定律):
太陽系中行星繞太陽公轉軌道平均半徑R的三次方與週期T的平方之比值,
即 R 3 之值,對所有行星均相同。
T
2
【重點例題】
1.93年學測(修改) :
火星繞太陽的運轉週期是2年。依據克卜勒第三定律,試問火星離太陽的距離約是
地球離太陽距離的多少倍?(A)1倍 (B)2倍 (C) 2 倍 (D)3 4 倍 D
1
3
1
2
R
3
2
2
Ch4 物質間的基本交互作用
一、四種基本交互作用力:
1.大小排列:強力>電磁力>弱力>重力
2.強力:在原子核間的強吸引力,維持原子核穩定
3.弱力:放射性元素衰變過程,
中子→質子+電子+反微中子
Ch5 電與磁的統一
一、電流的磁效應(安培右手定則) :
I
I
I
N
N
S
S
將圓形線圈想像成磁鐵
想像磁鐵側視圖
【重點例題】
1.101年學測:
D
二、電磁感應,如何產生應電流(冷次定律):
(一)通過線圈磁場的改變引起應電流:
(二)線圈開關啟閉瞬間:
(三)線圈在磁場中所圍面積的改變引起感應電流
(四)線圈與磁場的相對運動引起感應電流:
(五) 線圈方向的改變引起感應電流:
【重點例題】
1.99年學測:
S
N
三、磁力線特性:
(1)封閉立體曲線
(2)不可以相交
(3)外部由N極到S極,內部由S極到N極
(4)愈密集處磁場愈強
(5)磁力線上某點的切線方向為該位置N極磁針的受力方向,
即是該點的磁場方向
四、變壓器:主要應用電磁感應的原理,適用交流電
變壓器的構造:
原線圈:輸入的線圈。
副線圈:輸出的線圈。。
V1
V2
N1
變壓器的構造
N2
理想變壓器: P1 P2
I 1V1 I 2V 2
V1
V2
N1
N2
變壓後頻率並不改變
I2
I1
電路符號
五、電路的輸送:
使用高壓電的目的在於減少傳輸過程消耗的電功率
1.發電廠:
P 固定
IV
2.傳輸過程(總電阻視為定值):
P 消耗功率
I R 定值
2
所以V愈高,I就愈小,傳輸過程中消耗的電功率就愈小
【重點例題】
1.99年學測:
2.101年學測:
升壓
降壓
【重點例題】
3.94年學測:
電力輸送功率相同時,輸電電壓V愈高,電流I愈小,輸送電線耗電愈少。若輸送電
線電阻為R,則下列有關輸送電線本身所消耗之電功率P的計算式何者正確? D
(A)P=IV (B)P=IR (C)P=V2/R (D)P=I2R
4.95年學測:
發電廠輸出電時,通常利用超高壓變電所將電壓升高(如升至34.5萬伏特)後,將電輸
送至遠方,在此傳輸過程中,其目的為何? C
(A)增加輸電線的電阻(B)增加傳輸的速率(C)減小輸電線上的電流(D)減小傳輸的電功率
四、電流的熱效應:
電功率(瓦特
J
s
)=IV
2
I R
V
2
R
【重點例題】
1.99年學測:
太陽能熱水器的主要構造,利用冷水注入框內彎管經陽光照射
而使水加熱。若每分鐘從入水口流入的水量為12.0公斤,水溫
為25.0℃。從出水口流出的水量為12.0公斤,水溫為45.0℃。
則此熱水器的功率約為何?
6-1 光波
Ch6 波
一、反射:反射波與入射波都在同一個介質中傳遞,兩
者的波速相同,且波長、頻率、週期均不變。
二、折射:頻率不變,速度與波長成正比
【重點例題】
1.101年學測:
CE
6-2 水波
折射線
波前
法
線
入
射
線
水波由Ⅱ區進入Ⅰ區時:
(1)頻率不變,波速變慢
(2)波速與波長成正比,波長變小
(3)由深水區進入淺水區
6-3 聲波
一、特性:
(1)需要介質,為力學波
(2)前進方向與介質振動方向平行,為縱波
(3)傳聲介質:固>液>氣
【重點例題】
1.101年學測:
B
2.100年學測:
具週期性的聲波在靜止空氣中傳播,下列有關其性質的敍述,哪些正確?(應選2項) CE
(A)此聲波為波動,不能傳播介質與能量
(B)空氣分子會隨此聲波傳播的方向一直前進
(C)空氣分子在原來的位置,與此聲速相同方向來回振動
(D)空氣分子在原來的位置,與此聲速垂直方向來回振動
(E)此聲波所到之處,空氣的壓力與密度均會呈現週期性變化
2.96年學測:
某聲波在空氣中傳播時的頻率為f1,波長為1 ,當折射進入水中傳播時的
頻率為f2,波長為 2 ,則下列的關係,何者正確?
V1 < V 2
f1 = f 2
1 < 2
Ch7 能量
一、能量形式轉換:
【重點例題】
1.101年學測:
E
2.100年學測:
抽蓄水力發電,其能量轉換主要的過程為下列何者? A
(A)電能→水的位能→水的動能→電能(B)電能→水的動能→水的位能→電能
(C)水的動能→化學能→水的位能→電能(D)電能→化學能→水的動能→電能
(E)化學能→水的位能→水的動能→電能
二、核能:
1.商業運轉為核分裂式
2.質能互換原理,原料為鈾-235
3.有核廢料污染問題
4.台灣目前有四座核能廠
5.核能生熱,利用水蒸氣推動發電機
三、核反應遵守定律:
1.原子序守恆與質量數守恆
2.α射線為氦的原子核,帶正電,2個質子, 2個中子 24 He
β射線為核內電子, 帶負電 10 e
γ射線為電磁波,不帶電,不受電場與磁場影響
【重點例題】
27
a
24
4
Al b X 11 Na 2 He ,試問x為何物?
1. 13
質量數守恆:27+a=24+4,a=1
原子序守恆:13+b=11+2,b=0
X為中子
208
2.放射性元素之核衰變,若 232
90 Th 82 Pb ,共進行幾次的α與
β衰變?
232
90 Th
208
82
4
0
Pb x 2 He y 1 e
質量數守恆:232=208+4x+0y,x=6
原子序守恆:90=82+2x+y(-1),y=4
6次的α衰變與4次的β衰變
Ch8 量子現象
一、量子論開端(近代物理學) :
1.普朗克:解釋黑體輻射所提出的假設,認為電磁輻射能量為
不連續性。
E=hf ,帶電質點能量為E的整數倍,稱為能量量子化
二、光電效應:
1.雷納:作實驗歸納光電效應的特性
2.(a)照射光頻率要大於截止(底限)頻率才可產生光電子
(b)產生光電子與否,與光的強度無關
(c)截止頻率與金屬的材質有關
三、愛因斯坦解釋光電效應:
1.照射光的頻率代表光子能量,E=hf
2.光強度不代表能量而是單位時間內通過單位截面積的光子數
3.光頻率低於截止頻率時,強度愈強依舊沒有光電子
4.一旦產生光電子,強度愈強光電流愈大
5.光電方程式:E=束縛能+電子的動能
6.證明光具有粒子性
【重點例題】
1.在光電效應的實驗中,當光束照射在物質表面上時,物質表面上的原子即
可能放出電子,則 A
(A)當照射光愈強時,放射出之電子數目愈多
(B)當照射光之波長愈長時,放射出之電子數目愈多
(C)當照射光之能量愈大時,放射出之電子數目愈多
(D)當照射光之頻率愈高時,放射出之電子數目愈多
2.下列有關「光電現象」的敘述,何者正確? B
(A)光電子之最大動能與光的強度成正比
(B)要使某一金屬表面發射光電子而形成光電流,入射光的頻率必須超過
其某特定頻率
(C)無論光頻率多少,光強度愈強,愈容易產生光電子
(D)光子的能量可部分被電子吸收,剩餘能量以另一種光的形式被釋放出
(E)對不同的金屬板,欲產生光電子所需的最小能量皆相等
四、氫原子光譜 :
1.拉塞福原子模型:理論上應有電磁波釋放出,為不穩定模型。
2.波耳氫原子模型假設:
(a)電子僅存在於具有特定能量的軌道上,在軌道上不輻射
(b)在不同軌道上躍遷時會吸收或放出能量,能量以電磁輻射
形式放出。
(c)吸收或放出的能量差=hf
(d)
第二受激態
第一受激態
E hf
基態
hc
【重點例題】
關於氫原子的電子從n=5的能階降到基態的過程中:
(1)共可產生幾種不同頻率的光線? 10
5
1
(2)所放出的光譜線中頻率最大者為由n=___跳到n=___
5
4
(3)所放出的光譜線中波長最長者為由n=___跳到n=___
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
五、德布羅依的物質波:
1.假設移動的物質具有波動的性質 。
2.物質波的特性:
(a)不是力學波(橫波或縱波)也不是電磁波
(b)不是以光速前進
(c)一般移動物質不易觀察,因為質量太大
(d)
h
mv
3.實驗證實電子具有波動的性質
基礎物理(二)A
Ch1 運動學
一、不計阻力,在地表附近任何的拋體運動皆為等加速度運動
二、自由落體:初速為零,加速度為g,與質量無關
三、鉛直上拋:加速度為g,最高點速度為0,加速度、重力仍在,
上升與下降過程具有對稱性,視為兩段的自由落體
四、水平拋射:加速度為g,水平方向等速度,鉛直方向自由落體,
在最高點仍具有水平速度
Ch3 動量與牛頓運動定律的應用
一、動量:動量=mv=質量x速度(動量具有方向性)
二、動量守恆:系統不受外力作用時,總動量要守恆
三、等速率圓周運動:
(1)向心力與向心加速度皆指向圓心,大小固定但方向改變
(2)為變加速度運動
(3)向心力消失,物體沿切線方向飛去
(4)向心力通式:
2
mv
Fc
ma c
R
【重點例題】
1.95年學測:
玩具飛機懸吊在一細繩下端,繞水平圓形軌道等速率飛行,如右
圖所示。下列有關此玩具飛機運動的敘述哪一項正確? D
(A)飛機的速度保持不變 (B)重力做功提供飛機的動能
(C)飛機的加速度指向前進方向 (D)飛機所受合力指向軌道圓心
Ch4 萬有引力
一、定義:
F
g
GMm
R
GM
R
2
2
mg
重力加速度
R : 星球外離地心的距離
【重點例題】
1.若地球質量為月球的81倍,地球吸引月球的力F1與月球吸
引地球的力F2,試問兩者的比為何? C
(A)81:1(B)1:81(C)1:1(D)9:1
2.100年學測:
兩質點間的萬有引力與其質量的乘積成正比,而與其距離
的平方成反比。小君想從萬有引力常數、地球表面的重力
加速度、和地球半徑去估算地球的質量,她寫出的正確計
A
算式應為下列何者?
Gg
GR
R
(A)M gRG (B)M g (C) M R (D) M gG
(E)M gGR
2
2
2
2
2
Ch5 功與能量
一、作功:
(1)功=F‧△X (力與位移要取相互平行的分量)
(2)功沒有方向,但有正負功之分
(3)注意單位
(4)何時作功會為零。(力與位移方向垂直,向心力、單擺張力)
(5)功能原理:外力作功=動能的變化量
二、位能:
(1)重力位能:U=mgh
(2)彈力位能:彈簧伸長與壓縮時所具有的能量
三、動能: E k
1
2
mv
2
四、力學能守恆:
(一)僅有保守力(重力、彈力、靜電力)作功的情況下才成立
(二)運動過程中動能與位能總和為定值
(三)自由落體、單擺擺動、物體在光滑斜面上滑動
五、熱學:
(一)熱能的傳遞由高溫的物體傳至低溫的物體
(二)僅能計算熱能的得失量:△H=ms△T(注意單位)
(三)熱的傳播方式:傳導、對流、輻射
(四)力學能與熱能的轉換(注意單位,1卡=4.18J)
Ch6 碰撞
一、無論哪種形式的碰撞必遵守動量守恆:
/
/
m 1V1 m 2V 2 m 1V1 m 2V 2
二、種類:
(1)彈性碰撞:動量守恆與動能守恆
(2)非彈性碰撞:只有動量守恆
【重點例題】
若M去正向彈性碰撞靜止的m,且入射速度為3m/s向東,M=2m,則
(1)若碰後M速度為2m/s向東,則m速度?
(2)若碰後M速度為2m/s向西,則m速度?
遵守動量守恆:
(1)以東為正,2m×3+m×0=2m×2+m×V,V=2 m/s向東
(2)2m×3+m×0=2m×(-2)+m×V,V=10 m/s向東